Как так получилось, что солнечный свет, когда-то рассматриваемый как божественная сила в некоторых культурах, стал классифицироваться как канцероген 1-го класса Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ)? Это вопрос, поставленный фотобиологом доктором Александром Вуншем, генеральным директором Medical Light Consulting в Гейдельберге, Германия.
Это фундаментальный вопрос, поскольку он раскрывает дихотомию между солнечным светом в древней и современной культурах. Когда-то почитаемый как целебная сила, сегодня солнечный свет считается виновником болезней, и людям настоятельно рекомендуется в значительной степени избегать этого естественного элемента.
Раньше солнечный свет боролся с «болезнями тьмы»
Солнечный свет использовался в медицинских целях в Древней Греции и Аравии. В Древнем Египте он использовался для борьбы с микробами. Первое «официальное» сообщение о медицинском потенциале Солнца произошло от Геродота в VI веке до нашей эры.
Он посетил район Средиземного моря, где хранились черепа после битвы, и отметил значительное различие в толщине между египетским и персидским черепами. В то время как египетские черепа были плотными, персидские черепа были тонкими и довольно хрупкими. Вунш сказал:
"Итак, это первая идея или первый отчет из прошлого о том, что существует связь между солнечным светом и прочностью костей человека.
Об этом рассуждал Геродот: солнечный свет упрочняет кости, черепа, он думал, что да, египтяне, они бреют головы, они молились солнцу [и] у них непокрытая кожа.
Персы носили большие шляпы и защищались от солнечного облучения. Он был первым, кто получил представление о вещах, которые мы позже узнали о витамине D. "
Формы поклонения солнцу существовали менее 100 лет назад, и вплоть до 1950-х годов солнечный свет широко использовался для лечения так называемых болезней темноты: туберкулеза и рахита.
Доктор Нильс Финсен одним из первых исследовал влияние солнечного света с научной точки зрения, и в 1903 году он получил Нобелевскую премию за разработку метода использования солнечного света для лечения кожного проявления туберкулеза, известного как волчанка. Согласно Вуншу:
" … [С]естры - Финсен назвал их "эльфами света" - использовали концентрированный солнечный свет, который фокусировался с помощью кварцевых линз на пораженный участок кожи, используя ручки с выдолбленными камерами, покрытыми с обеих сторон кварцевой хрустальной линзой.
Сжатие облученной кожи значительно улучшило проникновение света. Две подгонки были использованы для подключения гибких труб, проводящих охлаждающую воду, для предотвращения тепловых ожогов кожи. Этот вид лечения работал отлично …"
Единственная проблема заключалась в том, что достаточно сильный солнечный свет был доступен только в течение ограниченного числа дней в году в северных широтах.
Затем он придумал форму лечения, используя электрические лампы углеродной дуги, которые способствовали созданию того, что сейчас известно как фототерапия, или использование света при лечении физических и психических заболеваний.
Гелиотерапия: использование солнечного света для лечения
Работа Финсена по лечению волчанки с использованием солнечного света проложила путь для работы швейцарского доктора Огюста Ролльера. «Этот человек впоследствии стал мастером современной гелиотерапии, солнечным врачом», - сказал Вунш, ссылаясь на использование солнечного света в качестве формы терапевтического лечения болезней.
Роллер успешно справлялся не только с кожным проявлением туберкулеза, но и с системным проявлением болезни. Он лечил пациентов солнечным светом, постепенно адаптируя их к воздействию солнца.
Роллер, который написал учебники по гелиотерапии, подчеркивает, что состав различных частей светового спектра имеет решающее значение не только для максимальной пользы воздействия солнца, но и для защиты от возможных повреждений.
Например, хотя UVB синтезирует витамин D в вашей коже, он также может изменить структуры ДНК, а ультрафиолетовые лучи (UVA) в солнечном свете могут продуцировать в ткани реакционноспособные виды кислорода, что приводит к повреждению.
Чтобы справиться с этими побочными эффектами, вашей коже нужны другие части светового спектра, такие как ближний инфракрасный и красный свет, которые передают энергию вашим клеткам. Вунш продолжил:
«У Роллера был почти 50-летний опыт гелиотерапии к концу его медицинской карьеры, и он конкретно упоминает в своем последнем учебнике, что он никогда не видел рака кожи, вызванного гелиотерапией. И наоборот: он даже лечил рак кожи солнечным светом».
Раскрыт секрет синтеза витамина D
В 1928 году Адольф Винаус был награжден Нобелевской премией за открытие процесса синтеза витамина D.
Было обнаружено, что свет UVB приводит к фотосинтезу витамина D во внешних слоях кожи, и Винаус разработал первый медицинский препарат концентрированного витамина D, который до сих пор используется, например, для борьбы с рахитом у детей.
Солнечные лампы использовались даже для группового лечения, в том числе для шахтеров. Ежедневная доза ультрафиолетового излучения помогала им «усердно работать», сказал Вунш. Тем не менее, даже тогда большинство врачей считали, что солнечный свет превосходит искусственный свет, и это правдиво и сегодня.
Не только производство витамина D делает пребывание на солнце настолько полезным, но также доступ к его полному спектру света. Согласно Вуншу:
«... [И]стория показывает, что при разумном использовании, естественный, а также искусственный солнечный свет могут выступать в качестве основного инструмента вмешательства для предотвращения и лечения разрушительных заболеваний.
У наших предков были навыки, знания и технологии для использования солнечного света во всех климатических регионах нашей планеты, некоторые из этих знаний утеряны бесследно. До эпохи антибиотиков фототерапия была ультрасовременным методом лечения в медицине того времени. Там, где естественный солнечный свет был недоступен, искусственный солнечный свет был успешно использован для восполнения пробелов.»
Хотя наши предки научились лечить наиболее очевидные болезни тьмы с помощью солнца, многие люди сегодня по-прежнему страдают от недостатка солнечного света.
Предполагается, что ваша кожа подвергается солнечному воздействию постепенно
По словам Вунша, все растения и животные точно знают, сколько солнца для них полезно. «Растения закрываются или отворачивают листья до тех пор, пока не появятся их молекулярные световые зоны сбора. Животные ищут тень и защищают себя мехом», - говорит он.
Кожа человека не защищена от солнечного света волосами, как у многих других млекопитающих. Вместо этого человеческая кожа невероятно сложна и она разработала новые способы защитить себя от солнечной радиации при отсутствии густого волосяного покрова.
При постепенном воздействии солнечного света возникает механизм солнечной акклиматизации, который вызывает процесс утолщения. «... [Г]лавной целью утолщения является накопление естественной защиты от солнца путем специфического изменения оптических свойств эпидермиса», - объясняет Вунш.
Вашей коже может потребоваться до четырех недель, чтобы полностью адаптироваться к местным солнечным условиям, чтобы кератиноцитовый и корнеоцитовый слои кожи стали достаточно насыщены меланиновым пигментом. Кроме того, остаточная ДНК в кератиноцитах в остистом слое вашей кожи действует как дополнительная естественная защита от солнца.
ДНК способна трансформировать 99,9% фотонной энергии из коротковолновых фотонов непосредственно в тепло, что означает, что только 0,1 процента превращаются в потенциально опасные свободные радикалы. То же самое относится и к меланину. Химические солнцезащитные средства, однако, часто приводят к созданию свободных радикалов. Согласно Вуншу:
«... [Е]сли вы посмотрите на химические солнцезащитные кремы, те солнцезащитные средства, которые были использованы 20 лет назад, у них коэффициент конверсии фотонов составляет всего 10 процентов, а это означает, что 90 процентов фотонной энергии будут преобразованы в кислородные радикалы, в свободные радикалы.
И даже современные солнцезащитные кремы имеют коэффициент конверсии фотонов от 80 до 81 процента. Если вы используете химические солнцезащитные кремы, они проникают в вашу кожу и производят дополнительные реактивные виды кислорода.»
Как еще на вас влияет солнечный свет?
Мы только начинаем понимать множество способов воздействия солнца на здоровье человека. В видео выше вы можете посмотреть мое интервью с Вуншем, в котором объясняется, почему солнце необходимо для оптимального здоровья.
Люди адаптированы к солнечному свету как к комплексному стимулу, который при соответствующей дозировке помогает поддерживать работу наших биологических систем. Вунш объясняет:
«Солнечный свет вызывает скоординированные эффекты эндокринной адаптации, он влияет на симпатическую и парасимпатическую активность и является основным циркадным и сезонным стимулом для биологических часов тела... Наша система через глаза и через кожу обнаруживает цвет света в окружающей среде, чтобы адаптировать гормональную систему к конкретным потребностям времени и места.
Другое дело, если мы сидим под солнцем в пустыне, или если мы сидим под лиственной крышей или под деревом где-то в лесу. Цвета вокруг нас через глаза рассказывают нашему мозгу, среднему мозгу [и] гормональным центрам управления, что происходит вокруг нас и что нужно делать, чтобы справиться с этой конкретной ситуацией.»
Учитывая многие важные преимущества воздействия солнца, классификация ВОЗ солнечного света в качестве канцерогена (и рекомендации по предотвращению солнечного воздействия) сродни тому, что кислород может вызвать рак, потому что это молекула-предшественник для свободных радикалов, и поэтому мы все должны перестать дышать, говорит Вунш.
Становится ясно, что регулярное облучение полным спектром света необходимо и полезно для большинства людей, и общественное здравоохранение выиграет от того, что поможет людям понять оптимальную «дозу» солнечного света, вместо того чтобы советовать им избегать солнца.
Чтобы узнать больше, почитайте 100-летнюю книгу «Световая терапия»
Если вам интересно узнать больше, Вунш рекомендует книгу «Световая терапия» доктора Джона Харви Келлога, которая изучает мощную силу света в качестве терапевтического метода воздействия. Хотя эта книга относится к светотерапии, используемой с 1876 по 1927 год, Келлог рассказывал о времени, когда светотерапия будет использоваться в каждой больнице.
Вунш считает, что сейчас для этого самое время, и люди готовы снова «увидеть свет» буквально и образно. Он приходит к выводу, что только свежий воздух так же полезен как солнечный свет в качестве профилактической меры (а воздействие солнечного света обычно идет рука об руку со свежим воздухом), отмечая:
«Отсутствие солнечного света, вероятно, является доминирующим фактором в повышении смертности от туберкулеза и дегенеративного расстройства путем предотвращения нормального развития и снижения жизненной силы в облачных регионах.
... [И]нтерес к светотерапии и свету как профилактическому методу терапии поднялся до такой степени, что скоро наступит тот день, когда каждый колледж и каждая государственная школа будут снабжены устройствами для принятия солнечных ванн, а искусственный солнечный свет, который излучают дуговые лампы, будет установлен в школах, фабриках, офисных зданиях, общежитиях колледжей, детских садах и в хорошо обставленных отелях и частных домах.
Значительная часть цивилизованного мира живет в тени, становится бледной и, как следствие, слабой. Пришло время, когда все человечество должно следовать завету Священного Писания и «ходить по свету». Это говорил Келлог 100 лет назад, и мне кажется, что это все еще актуальное послание для всех нас.»
Так приятно понежиться под теплыми ласковыми лучами солнца. Более того - это очень полезно. Расскажем подробнее о благотворном влиянии ультрафиолета на организм.
ПОВЫШАЕТ УРОВЕНЬ ОКСИДА АЗОТА (NO)
Наша кожа - это хранилище некоторого количества нитратов и нитритов, которые под воздействием ультрафиолета преобразовываются в оксид азота (NO).
Действие оксида азота, этой уникальной молекулы, по-настоящему впечатляет специалистов многих областей: иммунологов, кардиологов, онкологов. И неспроста. Ведь оксид азота:
снижает артериальное давление,
уменьшает риск инфаркта, инсульта,
повышает уровень кислорода в крови,
предотвращает образование тромбов и опухолей,
укрепляет защитные силы организма,
увеличивает выносливость, способствует набору мышечной массы,
усиливает сексуальную энергию,
оказывает противовоспалительное действие (например, уменьшает боль при артрите, артрозе),
повышает остроту реакции, концентрацию внимания, улучшает память.
СПОСОБСТВУЕТ ВЫРАБОТКЕ ВИТАМИНА D
«Солнечный витамин» активно синтезируется под воздействием ультрафиолета из стеринов (органических веществ). А дополнительные источники витамина: петрушка, сливочное масло, молоко, яичный желток, сыр, рыбий жир, рыба жирных сортов.
Действие витамина D:
обеспечивает формирование зубов, нормальный рост костей, предупреждает развитие рахита и остеопороза,
регулирует содержание кальция и фосфора в крови,
поддерживает мышечный тонус,
повышает иммунитет,
влияет на работу щитовидной железы и свертываемость крови,
благотворно воздействует на нервную и сердечно-сосудистую систему,
препятствует росту раковых клеток (в частности, витамин D рекомендуют для профилактики онкологических заболеваний груди, яичников, предстательной железы).
Чтобы получить дневную дозу витамина D, достаточно обычной получасовой прогулки по теплому солнцу с открытым лицом и руками. Превысить норму витамина практически невозможно, конечно, за исключением тех случаев, когда человек часами жарится под прямыми лучами.
ПОВЫШАЕТ УРОВЕНЬ СЕРОТОНИНА
Серотонин - это нейромедиатор головного мозга: передает импульсы между нервными клетками. Гормоном серотонин становится тогда, когда попадает в кровь. Тихая и спокойная радость - это действие серотонина. От него зависит качество сна, аппетит, он влияет на либидо и настроение, уменьшает болевые ощущения.
Грустные мысли можно прогнать, даже просто раздвинув шторы в комнате. А один из проверенных способов повысить себе настроение - прогуляться под яркими лучами солнца.
ОКАЗЫВАЕТ АНТИБАКТЕРИАЛЬНОЕ ДЕЙСТВИЕ
Солнечные лучи улучшают кровообращение, в результате быстрее заживают порезы, раны, проходят высыпания. Кожа становится упругой, приобретает здоровый вид.Но все должно быть в меру. И дружба с солнцем в том числе. Длительное пребывание под палящими лучами не полезно для кожи: она быстро теряет влагу, становится сухой, что приводит к ее раннему старению. Агрессивные солнечные лучи увеличивают риск развития рака кожи. Если не соблюдать меры предосторожности (загорать в утреннее время и после обеда, надевать головной убор, использовать солнцезащитные средства), можно легко получить солнечный удар, ожог, испортить зрение. Поэтому наслаждайтесь солнцем так, чтобы оно приносило вам хорошее настроение и дарило здоровье!
Солнце - главный источник энергии на Земле. Без него невозможным было бы существование жизни. И хотя все буквально вертится вокруг Солнца, мы очень редко задумываемся над тем, как работает наша звезда.
Структура Солнца
Чтобы понять, как работает Солнце, сначала нужно разобраться в его структуре.
- Ядро.
- Зона лучистого переноса.
- Конвективная зона.
- Атмосфера: фотосфера, хромосфера, корона, солнечный ветер.
Диаметр солнечного ядра составляет 150-175 000 км, около 20-25% солнечного радиуса. Температура ядра достигает 14 млн градусов по Кельвину. Внутри постоянно происходят термоядерные реакции с образованием гелия. Именно в ядре в результате данной реакции выделяется энергия, а так же тепло. Остальная часть Солнца нагрета этой энергией, она проходит сквозь все слои до фотосферы.
Зона лучистого переноса находится над ядром. Энергия переносится с помощью излучения фотонов и их поглощения.
Над зоной лучистого переноса находится конвективная зона. Здесь перенос энергии осуществляется не переизлучением, а переносом вещества. С высокой скоростью более холодное вещество фотосферы проникает в конвективную зону, а излучение из зоны лучистого переноса поднимается на поверхность - это и есть конвекция.
Фотосфера - это видимая поверхность Солнца. Из этого слоя исходит большая часть видимого излучения. В фотосферу уже не проникает излучение более глубоких слоев. Средняя температура слоя достигает 5778 К.
Хромосфера окружает фотосферу, она имеет красноватый оттенок. Из поверхности хромосферы постоянно происходят выбросы - спикулы.
Последняя внешняя оболочка нашей звезды - корона, состоящая из энергетических извержений и протуберанцев, образующих солнечный ветер, распространяющийся к самым дальним уголкам солнечной системы. Средняя температура короны - 1-2 млн К, но есть участки с 20 млн К.
Солнечный ветер - это поток ионизированных частиц, распространяющийся до границ гелиосферы со скоростью около 400 км/с. Многие явления на Земле связаны с солнечным ветром, например, полярное сияние и магнитные бури.
Солнечное излучение
Плазма Солнца обладает высокой электропроводностью, что способствует появлению электрических токов и магнитных полей.
Солнце - самый сильный излучатель электромагнитных волн в мире, который дает нам:
- ультрафиолетовые лучи;
- видимый свет - 44% солнечной энергии (преимущественно желто-зеленый спектр);
- инфракрасные лучи - 48%;
- рентгеновское излучение;
- радиационное излучение.
Лишь 8% энергии отводится на ультрафиолетовое, рентгеновское и радиационное излучение. Видимый свет расположен между лучами инфракрасного и ультрафиолетового спектра.
Также Солнце является мощным источником радиоволн нетепловой природы. Помимо всевозможных электромагнитных лучей излучается постоянный поток частиц: электронов, протонов, нейтрино и так далее.
Все виды излучения оказывают свое влияние Землю. Именно это влияние мы ощущаем.
Воздействие УФ лучей
Ультрафиолетовые лучи воздействуют на Землю и все живые существа. Благодаря им существует озоновый слой, так как УФ-лучи разрушают кислород, который модифицируется в озон. Магнитное поле Земли в свою очередь формирует озоновый слой, который, как ни парадоксально, ослабляет силу воздействия УФ.
На живые организмы и окружающую среду ультрафиолет влияет многогранно:
- способствует выработке витамина D;
- обладает антисептическими свойствами;
- вызывает появление загара;
- усиливает работу кроветворных органов;
- повышает свертываемость крови;
- увеличивается щелочной резерв;
- дезинфицирует поверхности предметов и жидкости;
- стимулирует обменные процессы.
Именно ультрафиолетовое излучение способствует самоочищению атмосферы, устраняет смог, частицы дыма и пыли.
В зависимости от широты сила воздействия УФ излучения сильно изменяется.
Воздействие ИК лучей: почему и как Солнце греет
Все тепло на Земле - это инфракрасные лучи, которые появляются благодаря термоядерному синтезу водорода с образованием гелия. Эта реакция сопровождается огромным выбросом лучистой энергии. До земли доходит порядка 1000 Ватт на квадратный метр. Именно за это ИК излучение очень часто называют тепловым.
Удивительно, но Земля выступает в роли инфракрасного излучателя. Планета, а также облака поглощают ИК лучи, а затем переизлучают эту энергию обратно в атмосферу. Такие вещества как водяной пар, капли воды, метан, диоксид углерода, азот, некоторые соединения фтора и серы излучают ИК лучи во всех направлениях. Именно благодаря этому имеет место парниковый эффект, который поддерживает поверхность Земли в постоянно подогретом состоянии.
Инфракрасные лучи не только нагревают поверхности предметов и живых существ, но и оказывают другое влияние:
- обеззараживают;
- улучшают метаболизм;
- стимулируют кровообращение;
- снимают болевые ощущения;
- нормализуют водно-солевой баланс;
- укрепляют иммунитет.
Почему зимой Солнце греет слабо
Так как Земля вращается вокруг Солнца с некоторым наклоном оси, в разное время года происходит отклонение полюсов. В первой половине года Северный полюс повернут к Солнцу, в во второй - Южный. Соответственно, меняется угол воздействия солнечной энергии, а также мощность.
То, что без Солнца жизнь на Земле не существовала бы, люди поняли давным-давно, ведь его возвеличивали, ему поклонялись, а отмечая день Солнца, нередко приносили человеческие жертвы. За ним наблюдали и, создавая обсерватории, решали такие простые на первый взгляд вопросы о том, почему Солнце светит днём, какова по своей сути природа светила, когда происходит закат Солнца, где оно встаёт, какие объекты находятся вокруг Солнца, и планировали свою деятельность на основе полученных данных.
Ученые не догадывались, что на единственной звезде Солнечной системы существуют времена года, очень напоминающие «сезон дождей» и «сухой сезон». Активность Солнца попеременно возрастает то в северном, то в южном полушарии, длится одиннадцать месяцев, и столько же времени снижается. Наряду с одиннадцатилетним циклом его активности напрямую зависит жизнь землян, поскольку в это время из недр звезды выбрасываются мощные магнитные поля, вызывающие опасные для планеты солнечные возмущения.
Возможно, кое-кто удивится, узнав, что Солнце планетой не является. Солнце — это огромный, светящийся, состоящий из газов шар, внутри которого постоянно происходят термоядерные реакции, выделяющие энергию, дающую свет и тепло. Интересно, что подобной звезды в Солнечной системе не существует, а потому оно притягивает к себе все объекты более мелких размеров, оказавшиеся в зоне его гравитации, в результате чего они начинают вращаться вокруг Солнца по траектории.
Естественно, в космосе Солнечная система находится не сама по себе, а входит в состав Млечного пути, галактики, что являет собой огромную звёздную систему. От центра Млечного пути, Солнце отделяет 26 тыс. световых лет, поэтому движение Солнца вокруг него составляет один оборот за 200 млн. лет. А вот вокруг своей оси звезда оборачивается за месяц – и то, данные эти приблизительны: оно являет собой плазмовый шар, составные которого вращаются с разной скоростью, а потому трудно сказать, сколько именно времени уходит на полный оборот. Так, например, в районе экватора это происходит за 25 дней, у полюсов – на 11 дней больше.
Из всех известных на сегодняшний день звёзд, по яркости наше Светило находится на четвёртом месте (когда звезда проявляет солнечную активность, она светит ярче, чем когда спадает). Сам по себе этот огромный газообразный шар белого цвета, но из-за того, что наша атмосфера поглощает волны короткого спектра и луч Солнца у поверхности Земли рассеивается, свет Солнца становится желтоватого оттенка, а белый цвет можно увидеть разве что в ясный погожий день на фоне голубого неба.
Будучи единственной звездой Солнечной системы, Солнце также является единственным источником её света (не считая очень далёких звёзд). Несмотря на то, что Солнце и Луна на небе нашей планеты являются самыми крупными и яркими объектами, разница между ними огромная. Тогда как Солнце само излучает свет, спутник Земли, будучи абсолютно тёмным объектом, просто отражает его (можно сказать, что мы также видим Солнце ночью, когда на небе находится освещённая им Луна).
Светило Солнце – звезда молодая, её возраст, по оценкам учёных, составляет более четырёх с половиной миллиардов лет. А потому относится к звезде третьего поколения, которая была образована из остатков ранее существующих звёзд. Его по праву считают самым большим объектом Солнечной системы, поскольку его вес в 743 раза больше массы всех планет, вращающихся вокруг Солнца (наша планета в 333 тысяч раз легче Солнца и меньше его в 109 раз).
Атмосфера Солнца
Так как температурные показатели верхних слоёв Солнца превышают 6 тыс. градусов Цельсия, оно твёрдым телом не является: при такой высокой температуре любой камень или металл трансформируется в газ. К таким выводам учёные пришли недавно, поскольку раньше астрономы выдвигали предположение, что излучаемый звездой свет и тепло являются результатом горения.
Чем больше астрономы наблюдали за Солнцем, тем понятней становилось: его поверхность накалена до предела вот уже несколько миллиардов лет, а так долго ничего гореть не может. По одной из современных гипотез, внутри Солнца происходят те же процессы, что в атомной бомбе – материя преобразовывается в энергию, и в результате термоядерных реакций водород (его доля в составе звезды составляет около 73,5 %) трансформируется в гелий (почти 25%).
Слухи о том, что Солнце на Земле рано или поздно погаснет, не лишены оснований: количество водорода, находящегося в ядре, не безгранично. По мере его сгорания внешний слой звезды будет расширяться, в то время как ядро, наоборот, уменьшаться, в результате чего жизнь Солнца закончится, и оно преобразуется в туманность. Начнётся этот процесс нескоро. По расчётам учёных, это произойдёт не ранее, чем через пять-шесть миллиардов лет.
Что касается внутренней структуры, то поскольку звезда являет собой газообразный шар, с планетой его объединяет разве что наличие ядра.
Ядро
Именно здесь происходят все термоядерные реакции, порождающие тепло и энергию, которые, минуя все последующие слои Солнца, покидают её в виде солнечного света и кинетической энергии. Солнечное ядро простирается от центра Солнца на расстояние в 173 000 км (приблизительно 0,2 солнечного радиуса). Интересно, что в ядре звезда вокруг своей оси вращается намного быстрее, чем в верхних слоях.
Зона лучистого переноса
Ушедшие из ядра фотоны в зоне лучистого переноса сталкиваются с плазмовыми частицами (ионизированным газом, образованным из нейтральных атомов и заряженных частиц, ионов и электронов) и обмениваются с ними энергией. Столкновений наблюдается так много, что фотону, дабы миновать этот слой, иногда требуется около миллиона лет, и это несмотря на то, что плотность плазмы и её температурные показатели у внешней границы уменьшаются.
Тахоклин
Между зоной лучистого переноса и конвективной зоной находится очень тонкий слой, где происходит формирование магнитного поля – силовые линии электромагнитного поля вытягиваются плазмовыми потоками, увеличивая его напряжённость. Есть все основания предполагать, что здесь плазма значительно изменяет свою структуру.
Конвективная зона
Возле солнечной поверхности, температуры и плотности вещества становится недостаточно для того, чтобы энергия Солнца переносилась лишь с помощью переизлучения. Поэтому здесь плазма начинает вращаться, образовывая вихри, перенося энергию к поверхности, при этом чем ближе к внешнему краю зоны, тем больше она охлаждается, а плотность газа уменьшается. В то же время охлаждённые на поверхности частицы находящейся над ней фотосферы уходят в конвективную зону.
Фотосфера
Фотосферой называют самую яркую часть Солнца, которую можно увидеть с Земли в виде солнечной поверхности (называется она так условно, поскольку тело, состоящее из газа, поверхности не имеет, поэтому её относят к части атмосферы).
По сравнению с радиусом звезды (700 тыс. км) фотосфера представляет собой очень тонкий слой толщиной от 100 до 400 км.
Именно здесь во время проявления солнечной активности происходит выделение световой, кинетической и тепловой энергии. Поскольку температура плазмы в фотосфере ниже, чем в остальных местах, и присутствует сильное магнитное излучение, в неё формируются солнечные пятна, порождающие всем известный феномен, как вспышки на Солнце.
Хотя вспышки на Солнце непродолжительны, энергии в этот период выбрасывается чрезвычайно много. А проявляется она в виде заряженных частиц, ультрафиолетового, оптического, рентгеновского или гамма-излучения, а также плазмовых течений (на нашей планете они вызывают магнитные бури, негативно влияющие на здоровье людей).
Газ в этой части звезды относительно разряжён и вращается очень неравномерно: его оборот в районе экватора составляет 24 дня, на полюсах – тридцать. В верхних слоях фотосферы зафиксированы минимальные температурные показатели, из-за которых из 10 тыс. атомов водорода только один имеет заряженный ион (несмотря на это, даже в этой области плазма является достаточно ионизированной).
Хромосфера
Хромосферой называют верхнюю оболочку Солнца толщиной в 2 тыс. км. В этом слое температура резко возрастает, а водород и другие вещества начинают активно ионизироваться. Плотность этой части Солнца обычно невысока, а потому с Земли трудно различима, и увидеть её можно лишь в случае затмения Солнца, когда Луна закрывает собой более яркий слой фотосферы (хромосфера в это время светится красным цветом).
Корона
Корона является последней внешней, сильно раскалённой оболочкой Солнца, которая видна с нашей планеты во время полного солнечного затмения: она напоминает лучистый ореол. В другое время увидеть её невозможно из-за очень невысокой плотности и яркости.
Состоит она из протуберанцев, фонтанов раскалённого газа высотой до 40 тыс. км, и энергетических извержений, которые на огромной скорости уходят в космос, образуя солнечный ветер, состоящий из потока заряженных частиц. Интересно, что именно с солнечным ветром связаны многие природные явления нашей планеты, например, северное сияние. Надо заметить, что солнечный ветер сам по себе чрезвычайно опасен, и если нашу планету не защищала атмосфера, то он погубил бы всё живое.
Земной год
Вокруг Солнца наша планета движется на скорости около 30 км/с и период полного её оборота равняется одному году (длина орбиты составляет более 930 млн. км). В точке, где солнечный диск находится ближе всех к Земле, нашу планету от звезды отделяет 147 млн. км, а в наиболее удалённой точке – 152 млн. км.
Видимое с Земли «движение Солнца» изменяется на протяжении целого года, а его траектория напоминает восьмёрку, вытянутую вдоль оси Земли с севера на юг с уклоном в сорок семь градусов.
Происходит это из-за того, что угол отклонения оси Земли от перпендикуляра к плоскости орбиты составляет около 23,5 градусов, а поскольку наша планета вращается вокруг Солнца, лучи Солнца ежедневно и ежечасно (не считая экватора, где день равен ночи) меняют угол своего падения в одной и той же точке.
Летом в северном полушарии наша планета наклонена в сторону Светила, а потому лучи Солнца освещают земную поверхность максимально интенсивно. А вот зимой, поскольку путь солнечного диска по небу проходит очень низко, луч Солнца падает на нашу планету под более крутым углом, а потому земля прогревается слабо.
Средняя температура устанавливается, когда наступает осень или весна и Солнце расположено на одинаковом расстоянии по отношению к полюсам. В это время ночи и дни имеют приблизительно одинаковую продолжительность – и на Земле создаются климатические условия, являющие собой переходной этап между зимой и летом.
Такие изменения начинают проходить ещё зимой, после зимнего солнцестояния, когда траектория движения Солнца по небосводу изменяется, и оно начинает подниматься.
Поэтому, когда наступает весна, то Солнце приближается ко дню весеннего равноденствия, продолжительность дня и ночи становится одинаковой. Летом, 21 июня, в день летнего солнцестояния, солнечный диск достигает наивысшей точки над горизонтом.
Земной день
Если на небосвод смотреть с точки зрения землянина в поисках ответа на вопрос, почему Солнце светит днём и где оно встаёт, то вскоре можно убедиться, что Солнце всходит на востоке, а его заход можно увидеть на западе.
Происходит это из-за того, что наша планета не только движется вокруг Солнца, но ещё и вращается вокруг своей оси, совершая полный оборот за 24 часа. Если смотреть на Землю из космоса, то можно увидеть, что она, как большинство планет Солнца, оборачивается против часовой стрелки, с запада на восток. Стоя на Земле и наблюдая за тем, где Солнце показывается утром, всё видится в зеркальном отражении, а потому Солнце встаёт на востоке.
При этом наблюдается интересная картина: человек, наблюдая за тем, где Солнце находится, стоя на одной точке, вместе с Землёй движется в восточном направлении. В это же время части планеты, которые расположены в западной стороне, одну за другой постепенно начинает освещать свет Солнца. Так. например, восход Солнца на восточном побережье США можно увидеть на три часа раньше до того, как Солнце встаёт на западном.
Солнце в жизни Земли
Солнце и Земля настолько связаны друг с другом, что роль самой крупной звезды на небе трудно переоценить. Прежде всего, вокруг Солнца образовалась наша планета и появилась жизнь. Также энергия Солнца согревает Землю, луч Солнца освещает её, формируя климат, охлаждая её ночью, а после того, как Солнце всходит, снова согревает её. Что говорить, даже воздух с его помощью приобрёл свойства, необходимые для жизни (если не луч Солнца, он представлял бы собой жидкий океан из азота, окружающий глыбы льда и промёрзшую сушу).
Солнце и Луна, являясь крупнейшими объектами на небосводе, активно взаимодействуя друг с другом, не только освещают Землю, но и прямо влияют на движение нашей планеты – ярким примером этого действия являются приливы и отливы. На них воздействует Луна, Солнце в этом процессе находится на вторых ролях, но без его влияния тоже не обходится.
Солнце и Луна, Земля и Солнце, воздушные и водные потоки, окружающая нас биомасса, являются доступным, постоянно возобновляющимся энергетическим сырьём, который можно легко использовать (оно лежит на поверхности, его не нужно добывать из недр планеты, оно не образует радиоактивных и токсичных отходов).
Чтобы обратить внимание общественности на возможность использования возобновляемых источников энергии, с середины 90-х гг. прошлого столетия было принято решение отмечать Международный день Солнца. Таким образом, ежегодно, 3 мая, в день Солнца по всей территории Европы проводят семинары, выставки, конференции, направленные на то, чтобы показать людям, как можно использовать луч светила во благо, как определить время, когда происходит закат или рассвет Солнца.
Например, в день Солнца можно побывать на специальных мультимедийных программах, увидеть в телескоп огромные области магнитных возмущений и различные проявления солнечной активности. В день Солнца можно посмотреть на различные физические опыты и демонстрации, наглядно демонстрирующие, насколько мощным источником энергии является наше Светило. Нередко в День Солнца посетители получают возможность создать солнечные часы и проверить их в действии.
Несмотря на простую формулировку вопроса «Почему светит Солнце?» ответ на него требует некоторой базы физических знаний и изложить его в одном предложении – затруднительная задача. Решить ее мы попытаемся ближе к концу статьи, которую начнем с исторической справки.
История
Одним из первых, кто попытался подойти к объяснению природы Солнца с научной точки зрения был древнегреческий астроном и математик Анаксагор, согласно словам которого Солнце – раскаленный металлический шар. За это философ был заключен в тюрьме. Прежде, чем в 17-м веке началось инструментальное изучение Солнца, было еще немало предположений о природе солнечного света, вплоть до находящихся на поверхности постоянно горящих лесов.
С 17-го века ученым открывается такое явление как солнечные пятна, появляется возможность вычислить период вращения Солнца. Становится ясно, что наша звезда является неким физическим телом со сложной структурой. В 19-м веке возникает спектроскопия, при помощи которой удается разложить солнечный луч на составные цвета. Таким образом, благодаря линиям поглощения, Фраунгоферу удается обнаружить новый химический элемент, входящий в состав звезды, — гелий.
В середине 19 века ученые уже пытались описать свечение Солнца более сложными научными гипотезами. Так Роберт Майер предположил, что звезда нагревается за счет бомбардировки метеоритами. Несколько позже, в 1853-м году, возникла более правдоподобная идея так называемого «механизма Кельвина - Гельмгольца», согласно которой Солнце нагревалось по причине гравитационного сжатия. Однако, в таком случае возраст светила был бы значительно меньше, нежели на самом деле, что противоречило некоторым геологическим исследованиям.
Почему светит Солнце
К верному ответу на данный вопрос впервые подобрался британский физик Эрнест Резерфорд, который предположил, что в Солнце происходит радиоактивный распад и именно он является источником энергии звезды. Позже, в 1920-м году английский астрофизик Артур Эддингтон развил мысль Резерфорда, утверждая, что в ядре Солнца может протекать реакция термоядерного синтеза под действием внутреннего давления собственной массы Солнца. Спустя 10 лет были рассчитаны основные реакции синтеза, порождающие наблюдаемое количество энергии.
Кратко термоядерную реакцию, вследствие которой светит Солнце, можно описать как слияние протонов (ядер водорода) в ядро гелия-4. Так как ядро гелия-4 имеет меньшую массу, чем ядра водорода, то разница энергий (свободная энергия) излучается в виде фотонов – частиц, являющихся электромагнитным излучением.
Термоядерная реакция
Протон-протонные термоядерные реакции синтеза, протекающие внутри звезд с массой Солнца и менее, можно разделить на три цепочки: ppI, ppII, ppIII. Из них на ppl приходится более 84% энергии Солнца. Протон-протонная реакция состоит из трех циклов, где в роли первого выступает взаимодействие двух протонов (двух ядер водорода). Обладая достаточными энергиями, чтобы преодолеть кулоновский барьер, два протона сливаются, в результате чего образуется дейтрон. Так как ядро дейтрона, состоящее из двух протонов, имеет меньшую массу чем два отдельных протона, образуется свободная энергия, за счет которой возникают позитрон и электронное нейтрино, которые излучаются из области, где проходила реакция.
Далее вследствие взаимодействия дейтрона и еще одного протона образуется гелий-3 с выделением энергии в виде электромагнитного излучения. Дальнейшие этапы реакции можно наглядно проследить на представленной ниже схеме.
Реакции, протекающие внутри солнца
Помимо протон-протонной термоядерной реакции синтеза малый вклад в высвобождаемую Солнцем энергию вносит реакция типа протон-электрон-протон 0.23%.
Таким образом, обобщая выше сказанное – Солнце излучает электромагнитные волны различной частоты, в том числе и в области видимого света, которые образованы частицами, рожденными в результате высвобожденной энергии во время протон-протонной (протон-электрон-протонной) реакции термоядерного синтеза.